棒を引き抜くときにねじねじする理由
穴(筒)から棒を引き抜くときにはたらく力についての疑問です。
皆さんもよく分子模型で分子をつくったりすると思いますが、
原子の玉からボンドの棒を引き抜くのって結構力が必要だったりしますよね。
まぁ、分子模型に限らず、何か穴から棒を引き抜くとか、筒から棒を引き抜くとかそういう作業であれば誰しもが一度は苦労されたことがあると思います。
その際、(先程分子模型を触ってたのですが)、穴から棒を引き抜くときに、無意識にねじねじ(棒を左右交互にまわす動作)をして引き抜いている自分に気付きました。
思い返せば、分子模型に限らず、棒を引き抜くときにねじって取ることはあったよなぁと思い、疑問に思ったので考えてみました。
これは、まっすぐに引き抜くより、左右に動かしたほうが
静止摩擦力≧動摩擦力
ですから、引き抜きやすいということなのでしょうか?
しかし、ここでまた疑問が湧きます。穴からひっこぬくという動作と、穴の中でねじるという動作は、どちらも同じ静止状態から始めます。しかし、接触面積は同じなのに、回す方向に力を加えると楽に回り、引っこ抜く方向に力をいれると、なかなか動きません。(私の持っているHGS分子模型では。)
これは、静止摩擦力は実はそんなに大きくないということですよね。
引き抜きにくいのは、穴の片端が閉じていて、棒を入れると中が真空になるからですか?
確かに、棒を穴の中に入れるときに入れにくいのは、空気圧で入れにくいんだなという想像はつきます。
では、真空になる為に棒が引き抜きにくいならば、なぜ回してねじねじした方が引っこ抜きやすいのでしょうか。わずかに空気が穴の中に入っていくからですか?
力のモーメントかなにかでしょうか???
また、今は手元に筒がないのでわかりませんが、両端が開いてる筒から、一回り小さい筒を引き抜くときに、皆さんは苦労されたことがありますか?その際ねじっていましたでしょうか。
私の場合、結構ねじっている気がするけど、そのとき端が開いていたかというと自信がないな。。という感じです。
長くなってしまいましたが、私の疑問は、
1.端が閉じた穴から棒を引き抜くのに、まわしながら引き抜くと楽なのはなぜか
2.上記1において気圧が大きな要因ではないとすれば、(筒の端が開いているとき)、棒をまわしながら引き抜くと、まっすぐに引き抜くときより楽な(力が小さくてすむ)ことはあるか.また、そうであれば、その原理はどうなるのか。
の2点です。高校生にもわかるようにどなたかお教えくださると嬉しいです。
他にも、上記2点に関わらず、文中に気になる点等がございましたらご指摘、ご指南くださると幸いです。